Irdische Ionen verstärken Sonnensturm

Im Mai 2024 traf ein besonders starker Sonnensturm auf die Erde – mit merklichen Folgen für das irdische Magnetfeld: Bis in die Mittelmeerregion traten Polarlichter auf und die Satellitenkommunikation wurde empfindlich gestört. Nun entdeckten Forschende, dass Sauerstoffionen aus hohen Atmosphärenschichten der Erde die Auswirkungen des Sonnensturms maßgeblich verstärkten.

Bei einem Sonnensturm werden durch heftige Eruptionen auf der Oberfläche der Sonne elektrisch geladene Teilchen gen Erde geschleudert. Das Ereignis im Mai 2024 konnten Naritoshi Kitamura von der Nagoya University und sein Team dank eines glücklichen Zufalls genauer analysieren. Denn der Forschungssatellit Arase durchquerte während des Ereignisses zweimal die Magnetosphäre in etwa 16 000 Kilometern Höhe. In diesem Gebiet um unseren Planeten wirkt sich das Magnetfeld der Erde auf einprasselnde Teilchen aus und es entstand als Folge des Sonnensturms ein sogenannter Ringstrom. In diesem rasen Elektronen und Ionen um die Erde. Dabei entsteht ein Magnetfeld, das dem der Erde entgegengesetzt ist und dieses deutlich abschwächt. Wird das Erdmagnetfeld bei normalen Sonnenstürmen meist nur um 20 bis 50 Nanotesla geschwächt, sank seine Stärke 2024 um bis zu 518 Nanotesla – also um mehr als das Zehnfache.

Sauerstoffionen aus Ionosphäre sind maßgeblich

Woran das lag, offenbarten nun die Messungen von Arase, anhand derer Kitamura und sein Team sowohl die Masse als auch die Energie der Ionen bestimmten und zu einem überraschenden Ergebnis kamen: Vor allem relativ schwere Sauerstoffionen haben den Ringstrom verursacht; Ionen, die nicht von der Sonne stammen, sondern aus der rund 1000 Kilometer hohen Ionosphäre der Erde.

Offenbar ist also nicht allein die Stärke eines Sonnensturms für die Schwächung des Erdmagnetfelds verantwortlich. Vielmehr machten die Sauerstoffionen aus der Ionosphäre beim untersuchten Sonnensturm gut 85 Prozent aller Ionen im Ringstrom aus. Ohne diesen irdischen Beitrag wäre das Erdmagnetfeld längst nicht so stark geschwächt worden wie beobachtet – eine Erkenntnis, dank der sich die Folgen von Sonnenstürmen künftig besser abschätzen lassen.